南海西南次海盆广角地震探测

2010年12月—2011年3月在南海西南次海盆开展了海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)探测,采用Sedis IV型、I-4C型和MicrOBS3种不同型号的OBS,以4×24.5L的大容量气枪为震源,获得了覆盖西南次海盆残留扩张脊的3D人工地震数据。从处理的地震数据可知,此次试验是一次比较成功的地震实验,OBS地震记录清晰、震相丰富,所使用的气枪有足够的能量输出,显示了其良好的工作能力。选取剖面1中的7台OBS进行了2D剖面处理。初步建模结果表明,南海西南次海盆地壳结构为普通洋壳,海山顶部沉积层很薄,莫霍面埋深较浅。     

南海南部海底地震仪试验及初步结果

采用德国SedisIV型海底地震仪(OBS)和中国科学院地质与地球物理研究所自主研发的OBS,以4×24.5L的大容量气枪阵列为震源,于2009年4～6月在南海南部开展了OBS试验,获得了两条勘测线,其中OBS2009-1测线(剖面1)从南海西南次海盆南部陆缘延伸到海盆中央,另一条OBS2009-2测线(剖面2)穿过礼乐滩东部向西北延伸进入海盆。由剖面2的14台OBS采集的广角地震反射、折射勘测地震数据可知,此次试验,OBS地震记录清晰、震相丰富,所使用的气枪有足够的能量输出,显示了其良好的工作能力,是一次比较成功的地震勘测。数据初步处理和初至波层析成像结果表明,礼乐滩地块的基底较高,很有可能与南海北部陆缘存在共轭关系,但与南海北部陆缘不同的是,北部陆缘有较厚的沉积层覆盖,而礼乐滩块体上的沉积层很薄;东部次海盆地壳明显被拉薄,海盆内的地壳也很薄,莫霍面埋深较浅。     

南海西南次海盆反射莫霍面成像及其地质意义

深部地质结构是研究海盆动力成因的重要基础。南海西南次海盆以往多道地震资料中莫霍面的成像普遍不清,选取NH973-1测线长排列多道地震数据对西南次海盆的莫霍面反射成像进行研究。该地震资料中层间多次波非常发育,严重掩盖或干扰了莫霍面有效反射信号。针对地震资料特征,首先采用抛物线型Radon变换滤波对部分层间多次波进行压制以拾取一个相对准确的初始速度,在此基础上进一步采用速度滤波和内切除组合方法对层间多次波进行压制。从资料处理效果看,层间多次波得到有效压制,莫霍面成像清晰,呈现出断断续续的特征。由此解释的海盆区地壳(除沉积层外)厚度整体较薄,约为2.3~3.9km,有别于正常洋壳结构,更接近于构造拉伸主导型的地壳。     

南海海盆扩张成因质疑

从板块构造学、地球物理学和地球动力学等角度,结合南海中央海盆及其周边的地质、地球物理资料进行综合分析论证,对南海“扩张成因”模式提出质疑.认为南海“扩张成因说”不能成立,其中的几个核心问题是:(1)数学理论模型的边界参数选取存在多解性,其结果与地质地球物理资料不符或相去甚远;(2)无法解释海盆区地球物理探测和研究所表明的地壳结构及岩性特征,也无法解释海盆区的断裂分布和岩浆活动特征;(3)地球动力学诸方面难以支持南海“扩张成因说”成立;(4)南海海盆周边不存在与南海“扩张成因”相关的相互强烈作用的地球物理和地质构造特征;(5)南海海盆不具备大规模扩张的空间.南海“扩张成因说”已严重阻碍对南海和周边的地质与地球物理研究工作的深入和发展,应该放弃.     

海上地震勘探主要采集参数的选取与验证——以南海北部某调查区为例

采集参数选取的优劣直接关系到野外地震资料质量的高低。作者经过多年海上地震调查实践，总结了一套实用的采集参数选取原则与验证流程。首先结合南海北部某调查区以往的地震和地质资料分析，建立了典型的地震地质结构模型；根据现有调查设备的性能，利用专业软件Nucleus6.2模拟对采集参数选取的理论计算，比较不同采集参数组合的模拟结果，选择有利于调查任务的参数组合。对海上生产前模拟选用的采集参数组合做试验和验证，确定了最适合的参数作业。运用该套原则和流程精心设计，实验获得了高质量野外资料。     

南海海盆海山古地磁及海盆的形成演化

根据海山磁性反演获取的古地磁成果发现,南海海盆东部和西南部的运动形式、生成时代存在很大差异,东部海盆和西南部海盆之间由一条北北西走向的岩石圈压性左旋转换(性)断层——"南海海盆中央断裂"分界.结合已有的地质地球物理成果分析和论证,确定了南海海盆在古南海和与之接壤的华南地块南部边缘形成.南海海盆的形成演化分四个阶段:第一阶段,始新世"古南海断裂"产生,古南海被一分为二;第二阶段,渐新世东部海盆开始发育——扩裂;第三阶段,中中新世西南部海盆开始发育——张裂;第四阶段,南海海盆整体旋转,古南海圈闭.     

南海西北海盆的构造特征及南海新生代的海底扩张

分析了南海西北海盆及其邻区的地形地貌、重磁场异常和地壳结构特征,并对穿过西北海盆和中央海盆的地震剖面进行精细解释。结果发现,西北海盆的地球物理场异常、地质构造和地壳厚度均呈ＮＥ走向展布,而中央海盆则表现为ＥＷ向特征;西北海盆中的新生代沉积比中央海盆多一套地层（Ｔ４－Ｔｇ）,说明西北海盆的年龄比中央海盆老。联系到南海西南海盆和西北海盆在区域构造、地球物理场异常和地形地貌特征等方面的相似,以及西南海盆和中央海盆由磁异常条带对比得出的年龄差异,我们认为,西北海盆和西南海盆是在第一次海底扩张时（４２－３５ＭａＢ．Ｐ．）形成的,中央海盆是在第二次海底扩张时形成的。     

南海中部海盆海山磁性反演及初步解析

南海中部海盆分布着众多海山,从实测磁异常反演海山磁性是南海海盆古地磁研究新的重要课题,它有助于解决南海海盆的运动方向和运动形式等问题.对南海海盆16座海山作磁性反演取得了较高的计算精度.对南海中部海盆海山磁性反演表明,海山均为非均匀磁化体,海山形成经过多期火山喷溢叠加.海山磁性差异清晰地显示了海盆分区特征.南海海盆分东部海盆区和西南部海盐区,海盆地壳运动规律差异较大:东部海盆以逆时针旋转由南往北运移;西南海盆先经历了顺时针旋转,后改为逆时针旋转,由北往南运移.     

南海西北海盆的构造特征及南海新古生代的海底扩张

分析了南海西北海盆及其邻区的地形地貌,重磁场异常和地壳结构特征,并对穿过西北海盆和中央海盆的地震剖面进行精确解释。结果发现,西北海盆的地球物理场异常,地质构造和地壳厚度均呈ＮＥ走向展布,而中央海盆则表现为ＥＷ向特征,西北海盆中的新生代沉积比中央海盆多一套地层（Ｔ４－Ｔ８）,说明西北海盆的年龄比中央海盆老,联系到南海西南海盆和西北海盆在区域构造,地球物理场异常和地形地貌特征等方面的相似,以及西南海盆     

跨南海西南次海盆OBS、多道地震与重力联合调查

对跨南海西南次海盆及两侧陆缘的一条1050km长的、包括海底地震(OBS)、长排列多道地震和重磁在内的综合地球物理探测剖面(CFT)进行了构造成像和研究。在多道地震成像基础上建立了CFT剖面初始速度模型, 进而通过初至波层析成像方法反演了CFT剖面的速度结构模型, 在重力异常资料的约束下建立了CFT剖面的综合地壳结构模型。讨论了沿CFT剖面出现的下地壳高速体、龙门海山的低密度物质等地质问题。结果表明, 下地壳高速层在北部陆坡、西南海盆和南部南沙地块均有分布, 厚度在0~4km之间, 可能与陆缘下地壳物质和地幔物质熔融混合, 以及深海盆海底扩张期间构造拉伸导致地幔蛇纹岩化有关。     

南海中央海盆岩石圈纵向演化模拟

基于南海海盆的地质构造历史、地球物理和构造应力场资料建立准三维有限元模型,对南海中央海盆进行岩石圈纵向演化动力学模拟.本文采用弹塑性各向同性连续岩石介质模型,充分考虑拉伸速率、拉伸位移以及模型参数对模拟结果的影响,共建立了3个模型进行比较.从数值模拟结果可以看出中央海盆在被动拉张的地质构造背景下是单向生长的,动态模拟出南海中央海盆在形成过程中的陆缘裂离、海底扩张两个阶段的岩石圈纵向演化过程,并且分析了两个阶段岩石圈的动力学性质.提出水平的被动拉张力是南海岩石圈纵向演化前两个阶段形成的主要因素,并且在这两个阶段中,岩石圈的纵向演化时间主要集中在海底扩张阶段.     

南海深地震探测的重要科学进程:回顾和展望

南海是西太平洋最大的边缘海之一,研究其深部地壳的结构对深入认识南海共轭边缘的构造属性、深海盆形成演化历史、含油气盆地的形成机制均具有十分重要的科学意义。南海地壳结构的深地震探测从构造区域上可分为南海北部陆缘、南海南部陆缘、南海中部深海盆等几个海域,在探测技术上经历了声纳浮标、双船扩展剖面(expanding spread profile,ESP)、海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)探测3个阶段。特别是近20年OBS探测蓬勃发展,从南海北部、发展到南海南部、再到南海中部,从二维直线探测到三维网格探测。这些探测和研究得到了宝贵的深部地壳结构信息,为南海的形成演化理论提供了重要依据,同时也推动了国产OBS的应用和人才队伍的培养。而最新完成的深海盆三维OBS探测标志了一个新的历史阶段,具有非常深远的科学意义。     

南海海山非均匀磁性反演

利用虚源法对南海海盆 1 6座实测海山进行了磁性反演。结果表明 ,南海海山非均匀磁化反演效果明显优于均匀磁化反演 ;南海海盆东部和西南部的海山运动方向相反 ,前者向北 ,后者往南 ;海山运移中的旋转形式两地也存在明显差异。     

南海北部大陆边缘从裂谷到扩张的演化过程

由于南海是西太平洋区域众多边缘海的主要组成部分，故了解南海从同裂谷到海底扩张的发展史对阐明西太平洋的构造演化是非常重要的。本文阐述了通过综合利用新获得的和已有的地球物理资料研究南海北部大陆边缘从裂谷到扩张过程的变迁。南海的最北部地区是中日合作项目(JCCP)一部分，该项目分1993年和1994年两个阶段。JCCP调查的目的是揭示大陆壳和深海盆间的过渡地区的地震与磁力特征。南海磁力和海洋重力资料表明了其张裂陆壳和汇聚边缘过去与现在的构造特征。全磁和三维磁力资料清楚表明海盆的线型磁异常特征和变化的海盆边缘磁异常特征。南海重、磁及地震资料和其他地球物理、地质的分析可以得出如下结论： (1)N-s向海底扩张始于早始新世。它至少有四个独立的演化阶段，其扩张的方向和速率是不稳定的．扩张从32Ma一直持续到17Ma； (2)陆洋边界(COB)的东西两边在现代构造形式上的明显差异暗示东部陆壳的破裂受走滑断裂的控制； (3)下地壳的地震高速层似乎被俯冲到伸展的陆壳下； (4)最上层的沉积和覆在第三纪火山上的下地壳的上部以大陆边缘区的磁力异常体为基底； (5)位于大陆边缘的磁力平静带(MQZ)对应COB； (6)无磁或弱磁层可能导致MQZ，地磁退磁的一个原因是当高温地幔物质被俯冲时地热的变化．另一种解释是每个往返磁极玄武岩的横向连续消失在上部合成磁场。 我们正建立一个包含地震数据、潜在油田、地壳和地热结构与其它地球物理数据的人工数据库系统。以便更好地对过去、现在和将来环日本的深海环境的变化进行研究，即海沟、海槽、俯冲带、边缘盆地和岛弧。该数据库的一些特征是对来源不同的全球数据的多方面研究和有目的定向搜集资料。     

南海海盆地形与NW向断裂

新的2'×2'卫星测高获得的水深数据表明,除了在南海中央海盆扩张脊附近分布有高耸、断续的近东西向海山链外,在南海深海平原上还存在一些北西向的连续线状凸起特征.这些线状特征高约500m,宽10-30km,绵延数百至近千公里.反射地震数据则显示,这些海底线状隆起实际上是宽50-100km的走滑断裂带,在该断裂带内还有一些低幅和隐伏褶皱,它们代表了海盆内部的压性走滑断裂带,反映了海盆扩张停止后台湾-吕宋岛弧向西的构造挤压应力对南海海盆的持续作用.其中一条穿过116°E的北北西向断裂带构成了中央海盆与西南海盆的边界断裂.     

我国南海历史性水域线的地质特征

40a的海洋地质、地球物理实测研究表明,九段线不仅是显示我国南海主权的历史性水域线,而且总体上也是南海与东部、南部和西部陆区及岛区的巨型地质边界线。根据实测数据,本文将从地质成因、来源、演化的角度论述此南海历史性水域线的合理性。主要结论包括:历史性水域线的东段在地形上基本与马尼拉海沟一致,海沟西侧为南海中央海盆洋壳区,东侧为菲律宾群岛。根据国际地质研究的资料,菲律宾群岛始新世以前位于较偏南的纬度,后来于中晚中新世(距今16~10Ma)仰冲于南海中央海盆之上,因此菲律宾群岛是一个外来群岛。而黄岩岛在马尼拉海沟以西,是中央海盆洋壳区的一个岛礁,与菲律宾群岛成因不同。南海历史性水域线的南段在地形上基本与南沙海槽一致,伴随南沙地块由北部陆缘向南裂离,古南海洋壳沿此海槽以南俯冲至加里曼丹岛陆壳之下,因此南沙地块与加里曼丹陆块为两个来历不同的地块。南海历史性水域线西段的分布在地形上与越东巨型走滑断裂带基本一致,可能与西沙地块、中沙地块、南沙地块从南海北部陆缘向南滑移有关。南沙地块北缘陡直的正断层结构,突显中央海盆是拉裂形成,其基底和中新生代地层与北部珠江口盆地的地层结构可以对比,说明南沙岛礁原属我国华南大陆南缘,后因南海的形成裂离至现今的位置。     

南海北部揭阳凹陷天然气水合物的地震异常特征分析

大量研究表明南海北部珠江口盆地是天然气水合物发育区,但是该盆地东部揭阳凹陷水合物研究较少。本文利用揭阳凹陷新采集三维地震资料,对该三维地震资料进行成像道集优化和叠前时间偏移处理,得到针对水合物的新处理地震数据体,并通过高精度网格层析反演得到层速度数据体。利用该数据开展叠后约束稀疏脉冲反演,获得含天然气水合物地层波阻抗异常,综合分析反演与地震属性识别水合物。从新处理地震资料看,该区域似海底反射(bottom simulation reflection,BSR)反射呈连续、不连续与地层斜交等特征,BSR发育在一个继承性小型水道上,且下部断裂和气烟囱发育。通过分析BSR特征及BSR上下地层的速度、波阻抗、振幅、频率、相干等属性异常,结合水合物成藏条件,发现了南海北部新的天然气水合物有利富集区,为该区域水合物勘探提供基础。     

利用重磁计算解释南海海盆中部地壳结构特征

以南海海盆中部3个海盆的交汇处为研究区，通过对重磁异常场的向上延拓计算及对重力异常的重反演拟合计算，并结合地质资料，进行综合分析和解释来揭示此区域的地壳结构特征。结果表明研究区地壳结构复杂，三种性质的地壳均有分布。各海山形成过程和岩石组成及地壳结构不尽相同，区内有年轻的大洋玄武岩海山，也有包含了大陆玄武岩的“双性”海山。综合各种地质、地球物理现象，认为南海海盆可能是多种机制联合作用的结果，西南、西北两海盆的形成时间要早于中央海盆。     

南海热流分布特征

南海地热异常明显与主要构造断裂带和水热/岩浆活动有关。东部平行于马尼拉海沟的一条SN向低热流异常带起因于南海洋壳对吕宋岛的俯冲。南沙海槽及其南部陆缘的地温场比较复杂。南部的曾母盆地是一个显著的高地热异常区,它起因于年轻的构造拉张,其地幔热流高达中央海盆洋壳的地幔热流值。西南次海盆也是一个高地热异常区,虽然该次海盆形成较早,但与年轻的构造拉张有关。热流资料的分析结果表明,南海中央海盆西缘断裂带、西南次海盆和曾母盆地构成的NE向高热流异常带可能是一个大型的现代构造拉张带。     

南海中央海盆热流特征及成因

对南海中央海盆70个热流观测值的统计结果表明,南海中央海盆属于高热流区,热流平均值可达89.9mW/m2。其中西南次海盆热流平均值为96.6mW/m2,东部次海盆热流平均值为86mW/m2,西南次海盆比东部次海盆更＂热＂。高热流值的主要原因是岩石圈的构造拉张减薄以及壳内高导层埋深较浅。而局部存在的热流高值异常其根本原因是断裂和岩浆活动的结果。通过对研究区热流分布以及高值特征的分析,不仅可以对洋壳年龄和扩张年代进行估算,还可以对构造特征以及沉积环境进行有效推测。